柑橘葉片葉綠素含量的測量方法探討
來源： http://98fo.cn/ 類別：實用技術 更新時間：2013-04-01 閱讀次
【本資訊由中國糧油儀器網提供】 葉ye綠lv素su是shi植zhi物wu葉ye片pian中zhong的de基ji本ben組zu成cheng物wu質zhi，與yu光guang合he作zuo用yong有you關guan的de最zui重zhong要yao的de色se素su，與yu植zhi物wu的de光guang能neng利li用yong和he轉zhuan化hua效xiao率lv密mi切qie相xiang關guan。葉ye綠lv素su與yu葉ye片pian中zhong的de氮dan含han量liang存cun在zai較jiao好hao的de相xiang關guan性xing，實shi踐jian上shang通tong過guo測ce定ding葉ye綠lv素su含han量liang可ke以yi準zhun確que地di判pan斷duan植zhi物wu的de長chang勢shi情qing況kuang。我wo國guo是shi柑gan橘ju生sheng產chan、出口、消(xiao)費(fei)和(he)栽(zai)培(pei)大(da)國(guo)，柑(gan)橘(ju)產(chan)業(ye)是(shi)我(wo)國(guo)南(nan)方(fang)農(nong)村(cun)經(jing)濟(ji)的(de)一(yi)大(da)支(zhi)柱(zhu)產(chan)業(ye)。但(dan)是(shi)，由(you)於(yu)柑(gan)橘(ju)的(de)生(sheng)產(chan)管(guan)理(li)落(luo)後(hou)，追(zhui)肥(fei)防(fang)蟲(chong)的(de)精(jing)確(que)噴(pen)灑(sa)技(ji)術(shu)不(bu)成(cheng)熟(shu)，導(dao)致(zhi)柑(gan)橘(ju)產(chan)量(liang)不(bu)高(gao)，質(zhi)量(liang)不(bu)高(gao)。據(ju)統(tong)計(ji)，中(zhong)國(guo)的(de)柑(gan)橘(ju)產(chan)量(liang)約(yue)占(zhan)世(shi)界(jie)總(zong)產(chan)量(liang)的(de)10%，但出口量隻占2%，優質果率為30%。kexuejishutourubuzushiwoguoganjuchanyejingzhenglibuqiangdezhongyaoyinsu，yanjiuganjuyelvsukuaisujiance，shishijianceganjushudeshengchangtaishibingyiciweiyijuduiganjushujinxingkexuezhidaozaipei、施肥管理工作，對實踐精確施肥管理、提高柑橘樹的生產力、促進農民增收、發展農村經濟起著重要的作用。
隨著高光譜技術發展，近年來，國內外許多學者對高光譜預測植物參數做了大量的研究。姚付啟等利用ASD便攜式野外光譜儀和手持葉綠素儀shiceleluoyekuoyeshufaguowutongyepiandegaoguangpufanshelvyuyepianlvdu，bingduiyuanshiguangpufanshelvjiyijiedaoshuguangpuyuyepianlvdujinxinglexiangguanfenxi，liyongzhuchengfenfenxiduiguangpushujujinxingjiangwei，jiangdedaodezhuchengfendefenzuoweirengongshenjingwangluomoxingdeshurubianliangjinxinglefaguowutongyelvsuhanliangdegusuan。lihuantichuleyongxiaobohanshutiquganjuyelvsuhanliangdefangfahejiyumoxingmonideguancengguangpugusuanyelvsuhanliang。shixianleyongyiweixiaobofenjieyewaiguangpu，danbianlianghuiguifanyanganjudeyelvsuhanliang。zuihouyong5-scale模mo型xing擬ni合he從cong可ke見jian光guang到dao近jin紅hong外wai波bo段duan的de平ping均jun冠guan層ceng反fan射she光guang譜pu估gu算suan葉ye綠lv素su含han量liang。孫sun潔jie瓊qiong等deng對dui不bu同tong波bo段duan間jian的de比bi值zhi指zhi數shu和he歸gui一yi化hua指zhi數shu與yu冬dong小xiao麥mai葉ye綠lv素su含han量liang之zhi間jian的de相xiang關guan性xing進jin行xing了le研yan究jiu，同tong時shi通tong過guo偏pian最zui小xiao二er乘cheng回hui歸gui算suan法fa建jian立li小xiao麥mai葉ye綠lv素su模mo型xing，預yu測ce未wei知zhi樣yang本ben葉ye綠lv素su，得de到dao的de預yu測ce值zhi與yu真zhen實shi值zhi的de最zui大da相xiang關guan係xi數shu達da0.6335。表明基於光譜分析技術對小麥葉綠素含量進行檢測可行。
試驗以南方經濟作物柑橘為研究對象，選擇廣東省廣州市華南農業大學工程學院北樓的四樓（沙糖橘）、六樓（年橘）天台和蘿崗區蟹家村的一農家果園（蘿崗甜橙）為試驗區，運用ASD便攜式地物光譜儀測量柑橘樹葉片的光譜反射值和手持葉綠素儀測(ce)量(liang)相(xiang)應(ying)的(de)葉(ye)綠(lv)素(su)含(han)量(liang)。通(tong)過(guo)多(duo)種(zhong)數(shu)據(ju)預(yu)處(chu)理(li)方(fang)法(fa)，對(dui)比(bi)並(bing)選(xuan)擇(ze)適(shi)合(he)柑(gan)橘(ju)樹(shu)的(de)最(zui)優(you)光(guang)譜(pu)預(yu)處(chu)理(li)方(fang)法(fa)。然(ran)後(hou)分(fen)別(bie)運(yun)用(yong)偏(pian)最(zui)小(xiao)二(er)乘(cheng)回(hui)歸(gui)和(he)人(ren)工(gong)神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)建(jian)立(li)柑(gan)橘(ju)樹(shu)光(guang)譜(pu)值(zhi)與(yu)葉(ye)綠(lv)素(su)值(zhi)的(de)模(mo)型(xing)，並(bing)選(xuan)擇(ze)最(zui)優(you)的(de)模(mo)擬(ni)模(mo)型(xing)。為(wei)實(shi)現(xian)快(kuai)速(su)活(huo)體(ti)無(wu)損(sun)植(zhi)物(wu)葉(ye)綠(lv)素(su)含(han)量(liang)檢(jian)測(ce)和(he)柑(gan)橘(ju)樹(shu)的(de)科(ke)學(xue)栽(zai)培(pei)、精確施肥管理提供理論基礎。
用ASD光(guang)譜(pu)儀(yi)測(ce)量(liang)柑(gan)橘(ju)樹(shu)葉(ye)片(pian)光(guang)譜(pu)反(fan)射(she)值(zhi)，同(tong)步(bu)用(yong)手(shou)持(chi)葉(ye)綠(lv)素(su)計(ji)測(ce)量(liang)相(xiang)應(ying)葉(ye)綠(lv)素(su)含(han)量(liang)，通(tong)過(guo)分(fen)析(xi)，建(jian)立(li)光(guang)譜(pu)值(zhi)與(yu)葉(ye)綠(lv)素(su)值(zhi)的(de)估(gu)算(suan)模(mo)型(xing)。具(ju)體(ti)的(de)研(yan)究(jiu)內(nei)容(rong)如(ru)下(xia)：（1）在同一個實驗區內通過不同的施肥，栽培出不同營養水平的柑橘樹實驗樣本；（2）每棵樹按照東南西北四個方向，上下兩層，選取8片葉子作為實驗樣本；（3）用ASD光譜分析儀測量柑橘樹葉片樣本的光譜值，其中每次光譜值采集重複3次，每片葉子測量2個點；（4）同步使用手持葉綠素計測量相應葉子的葉綠素值，每片葉子測6個點；（5）通過NIRSA數據處理係統運用不同的預處理方法對光譜的反射值進行預處理，並建立葉綠素與光譜反射值的最佳模型；（6）對預測樣本進行預測，檢測模擬模型準確性和穩定性。，3種品種的PLS模型的預測值與實測值的複相關係數均在0.8以上，預測效果良好。表明運用光譜檢測葉片葉綠素含量是基本可行。
7種光譜預處理方法對3種品種的柑橘樹光譜與葉綠素值的偏最小二乘回歸分析的影響效果，通過對7種預處理方法效果的比較，確定了先通過一階微分再滑動平均濾波（MAF）處理是最優的預處理方法。建立3個品種的柑橘葉綠素檢測的PLS模擬模型，其中沙糖橘的PLS校正模型預測值與實際值的複相關係數是0.9919，驗證模型預測值與實際值的複相關係數是0.8994；年橘的分別是0.9711和0.8115；蘿崗甜橙的分別是0.9470和0.8515。基(ji)於(yu)人(ren)工(gong)神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)，研(yan)究(jiu)不(bu)同(tong)品(pin)種(zhong)柑(gan)橘(ju)樹(shu)的(de)人(ren)工(gong)神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)模(mo)型(xing)的(de)最(zui)優(you)隱(yin)含(han)層(ceng)數(shu)，建(jian)立(li)柑(gan)橘(ju)樹(shu)光(guang)譜(pu)數(shu)據(ju)預(yu)測(ce)葉(ye)綠(lv)素(su)含(han)量(liang)的(de)人(ren)工(gong)神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)模(mo)型(xing)，模(mo)型(xing)的(de)精(jing)度(du)和(he)穩(wen)定(ding)性(xing)都(dou)較(jiao)好(hao)。其(qi)中(zhong)沙(sha)糖(tang)橘(ju)的(de)最(zui)優(you)隱(yin)含(han)層(ceng)數(shu)是(shi)15，人工神經網絡模型葉綠素預測值與實測值的複相關係數是0.9703，驗證模型預測值與實際值的複相關係數是0.9011；年橘的分別是25，0.9840和0.9130；蘿崗甜橙的分別是25，0.9636和0.8540；結果表明，對於三種品種的柑橘樹，都可以通過高光譜反射值快速、無損地檢測其相應的葉綠素含量。其中，沙糖橘、年橘、蘿崗甜橙3種品種柑橘的人工神經網絡模型均優於PLS模型。
運用7種預處理方法進行了效果比較，為了增大預處理方法比較的廣泛性，可以對更多的預處理方法進行比較，如多元散射校正、一階導數、二階導數等。隻對一個時期（春梢時期）deganjushuyangbenjinxingshiyan，weilejinyibutigaomoxingdeguangfanxingheshiyongxing，keyiduiyiniansijibutongshiqideganjuyangbenjinxingjianmofenxi。zhiyonglepianzuixiaoerchenghuiguiherengongshenjingwangluojianlimonimoxing，weilexuanzegengyoudemoxing，keyishiyonggengduodejianmofangfa，congzhongxuanzexiangyingdegengyoudemoxing。
隨著高光譜技術發展，近年來，國內外許多學者對高光譜預測植物參數做了大量的研究。姚付啟等利用ASD便攜式野外光譜儀和手持葉綠素儀shiceleluoyekuoyeshufaguowutongyepiandegaoguangpufanshelvyuyepianlvdu，bingduiyuanshiguangpufanshelvjiyijiedaoshuguangpuyuyepianlvdujinxinglexiangguanfenxi，liyongzhuchengfenfenxiduiguangpushujujinxingjiangwei，jiangdedaodezhuchengfendefenzuoweirengongshenjingwangluomoxingdeshurubianliangjinxinglefaguowutongyelvsuhanliangdegusuan。lihuantichuleyongxiaobohanshutiquganjuyelvsuhanliangdefangfahejiyumoxingmonideguancengguangpugusuanyelvsuhanliang。shixianleyongyiweixiaobofenjieyewaiguangpu，danbianlianghuiguifanyanganjudeyelvsuhanliang。zuihouyong5-scale模mo型xing擬ni合he從cong可ke見jian光guang到dao近jin紅hong外wai波bo段duan的de平ping均jun冠guan層ceng反fan射she光guang譜pu估gu算suan葉ye綠lv素su含han量liang。孫sun潔jie瓊qiong等deng對dui不bu同tong波bo段duan間jian的de比bi值zhi指zhi數shu和he歸gui一yi化hua指zhi數shu與yu冬dong小xiao麥mai葉ye綠lv素su含han量liang之zhi間jian的de相xiang關guan性xing進jin行xing了le研yan究jiu，同tong時shi通tong過guo偏pian最zui小xiao二er乘cheng回hui歸gui算suan法fa建jian立li小xiao麥mai葉ye綠lv素su模mo型xing，預yu測ce未wei知zhi樣yang本ben葉ye綠lv素su，得de到dao的de預yu測ce值zhi與yu真zhen實shi值zhi的de最zui大da相xiang關guan係xi數shu達da0.6335。表明基於光譜分析技術對小麥葉綠素含量進行檢測可行。
試驗以南方經濟作物柑橘為研究對象，選擇廣東省廣州市華南農業大學工程學院北樓的四樓（沙糖橘）、六樓（年橘）天台和蘿崗區蟹家村的一農家果園（蘿崗甜橙）為試驗區，運用ASD便攜式地物光譜儀測量柑橘樹葉片的光譜反射值和手持葉綠素儀測(ce)量(liang)相(xiang)應(ying)的(de)葉(ye)綠(lv)素(su)含(han)量(liang)。通(tong)過(guo)多(duo)種(zhong)數(shu)據(ju)預(yu)處(chu)理(li)方(fang)法(fa)，對(dui)比(bi)並(bing)選(xuan)擇(ze)適(shi)合(he)柑(gan)橘(ju)樹(shu)的(de)最(zui)優(you)光(guang)譜(pu)預(yu)處(chu)理(li)方(fang)法(fa)。然(ran)後(hou)分(fen)別(bie)運(yun)用(yong)偏(pian)最(zui)小(xiao)二(er)乘(cheng)回(hui)歸(gui)和(he)人(ren)工(gong)神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)建(jian)立(li)柑(gan)橘(ju)樹(shu)光(guang)譜(pu)值(zhi)與(yu)葉(ye)綠(lv)素(su)值(zhi)的(de)模(mo)型(xing)，並(bing)選(xuan)擇(ze)最(zui)優(you)的(de)模(mo)擬(ni)模(mo)型(xing)。為(wei)實(shi)現(xian)快(kuai)速(su)活(huo)體(ti)無(wu)損(sun)植(zhi)物(wu)葉(ye)綠(lv)素(su)含(han)量(liang)檢(jian)測(ce)和(he)柑(gan)橘(ju)樹(shu)的(de)科(ke)學(xue)栽(zai)培(pei)、精確施肥管理提供理論基礎。
用ASD光(guang)譜(pu)儀(yi)測(ce)量(liang)柑(gan)橘(ju)樹(shu)葉(ye)片(pian)光(guang)譜(pu)反(fan)射(she)值(zhi)，同(tong)步(bu)用(yong)手(shou)持(chi)葉(ye)綠(lv)素(su)計(ji)測(ce)量(liang)相(xiang)應(ying)葉(ye)綠(lv)素(su)含(han)量(liang)，通(tong)過(guo)分(fen)析(xi)，建(jian)立(li)光(guang)譜(pu)值(zhi)與(yu)葉(ye)綠(lv)素(su)值(zhi)的(de)估(gu)算(suan)模(mo)型(xing)。具(ju)體(ti)的(de)研(yan)究(jiu)內(nei)容(rong)如(ru)下(xia)：（1）在同一個實驗區內通過不同的施肥，栽培出不同營養水平的柑橘樹實驗樣本；（2）每棵樹按照東南西北四個方向，上下兩層，選取8片葉子作為實驗樣本；（3）用ASD光譜分析儀測量柑橘樹葉片樣本的光譜值，其中每次光譜值采集重複3次，每片葉子測量2個點；（4）同步使用手持葉綠素計測量相應葉子的葉綠素值，每片葉子測6個點；（5）通過NIRSA數據處理係統運用不同的預處理方法對光譜的反射值進行預處理，並建立葉綠素與光譜反射值的最佳模型；（6）對預測樣本進行預測，檢測模擬模型準確性和穩定性。，3種品種的PLS模型的預測值與實測值的複相關係數均在0.8以上，預測效果良好。表明運用光譜檢測葉片葉綠素含量是基本可行。
7種光譜預處理方法對3種品種的柑橘樹光譜與葉綠素值的偏最小二乘回歸分析的影響效果，通過對7種預處理方法效果的比較，確定了先通過一階微分再滑動平均濾波（MAF）處理是最優的預處理方法。建立3個品種的柑橘葉綠素檢測的PLS模擬模型，其中沙糖橘的PLS校正模型預測值與實際值的複相關係數是0.9919，驗證模型預測值與實際值的複相關係數是0.8994；年橘的分別是0.9711和0.8115；蘿崗甜橙的分別是0.9470和0.8515。基(ji)於(yu)人(ren)工(gong)神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)，研(yan)究(jiu)不(bu)同(tong)品(pin)種(zhong)柑(gan)橘(ju)樹(shu)的(de)人(ren)工(gong)神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)模(mo)型(xing)的(de)最(zui)優(you)隱(yin)含(han)層(ceng)數(shu)，建(jian)立(li)柑(gan)橘(ju)樹(shu)光(guang)譜(pu)數(shu)據(ju)預(yu)測(ce)葉(ye)綠(lv)素(su)含(han)量(liang)的(de)人(ren)工(gong)神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)模(mo)型(xing)，模(mo)型(xing)的(de)精(jing)度(du)和(he)穩(wen)定(ding)性(xing)都(dou)較(jiao)好(hao)。其(qi)中(zhong)沙(sha)糖(tang)橘(ju)的(de)最(zui)優(you)隱(yin)含(han)層(ceng)數(shu)是(shi)15，人工神經網絡模型葉綠素預測值與實測值的複相關係數是0.9703，驗證模型預測值與實際值的複相關係數是0.9011；年橘的分別是25，0.9840和0.9130；蘿崗甜橙的分別是25，0.9636和0.8540；結果表明，對於三種品種的柑橘樹，都可以通過高光譜反射值快速、無損地檢測其相應的葉綠素含量。其中，沙糖橘、年橘、蘿崗甜橙3種品種柑橘的人工神經網絡模型均優於PLS模型。
運用7種預處理方法進行了效果比較，為了增大預處理方法比較的廣泛性，可以對更多的預處理方法進行比較，如多元散射校正、一階導數、二階導數等。隻對一個時期（春梢時期）deganjushuyangbenjinxingshiyan，weilejinyibutigaomoxingdeguangfanxingheshiyongxing，keyiduiyiniansijibutongshiqideganjuyangbenjinxingjianmofenxi。zhiyonglepianzuixiaoerchenghuiguiherengongshenjingwangluojianlimonimoxing，weilexuanzegengyoudemoxing，keyishiyonggengduodejianmofangfa，congzhongxuanzexiangyingdegengyoudemoxing。
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